基于賽元SC91F831觸控芯片的水位檢測應用

摘 要: 本文概述了基于賽元觸控芯片SC91F831實現(xiàn)水位檢測應用的具體方法。介紹了水位檢測的實現(xiàn)原理，觸控按鍵與水位檢測應用場合以及工作的流程。

1 引言

現(xiàn)代傳感技術、電子技術、計算機技術、自動控制技術、信息處理技術和新工藝、新材料的發(fā)展為智能檢測系統(tǒng)的發(fā)展帶來了前所未有的奇跡。在工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、國防、科研等許多應用領域，智能檢測系統(tǒng)發(fā)揮著越來越大的作用。隨著社會的進步和發(fā)展，人們對水位的檢測與控制提出了更高的要求。伴隨著新型的微電子技術和微型計算機的廣泛應用和普及，單片機控制系統(tǒng)以其控制精度高，性能穩(wěn)定可靠，設置操作方便，造價低等特點，被應用到水位檢測系統(tǒng)的控制中來。

2 水位檢測技術

2.1 水位檢測應用與發(fā)展

當今的工業(yè)控制以及家電行業(yè)中液位檢測對許多自動控制方案來說都至關重要。水位監(jiān)測是采集、存儲、傳輸、處理等技術的集成。從傳統(tǒng)的水位檢測與控制方式即人工監(jiān)測技術分析來看，主要存在以下問題：首先記錄方式以模擬方式為主，即使是數(shù)學方式記錄的也很難方便的輸入計算機處理，其次數(shù)據(jù)處理基本靠人工處理判斷，費時易錯，最后水位信息的采集、傳輸、處理的實時性和準確性較差，控制也是全人工操作，無法適應現(xiàn)代水文的需求。因此，要用自動化技術促進水位檢測與控制自動化的發(fā)展。

2.2 水位檢測技術的原理

水位檢測按照工作原理分可以分為以下幾種類型：直讀式、浮力式、差壓式、電氣式及聲學式等。

直讀式：即傳統(tǒng)式水位檢測，它根據(jù)流體的連通性原理來測量液位，將容器中的液體引入帶有標尺的觀察管中，通過標尺讀取液位高度，優(yōu)點是簡單直觀，缺點是自動化程度低，已逐步被淘汰。

浮力式：它根據(jù)浮子高度隨液位高低而改變或液體對沉浸在液體中的浮筒的浮力隨液位高度變化而變化的原理來測量液位。前者稱為恒浮力式，后者稱為變浮力式。廣泛地應用于飲水機，加濕器等小家電產(chǎn)品。其優(yōu)點是簡單直觀，設計成本低。缺點是檢測不夠準確，安裝復雜，需要與液體直接接觸，容易發(fā)生卡頓現(xiàn)象導致檢測失效。

差壓式：它根據(jù)液柱或物料堆積高度變化對某點上參數(shù)的靜壓力的變化的原理測量液位，通過測量液體的壓力反算液位高度。適用于石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、環(huán)保、家電洗衣機等系統(tǒng)和行業(yè)的各種介質的液位測量。優(yōu)點是精巧的結構，簡單的調校和靈活的安裝方式為用戶輕松地使用提供了方便。缺點是費用比較高，誤差大。

電氣式：它根據(jù)把液位的變化轉換成各種電學量的變化的原理來測量液位?？煞譃殡娮枋?、電感式和電容式。用電學測量無摩擦鍵和可動部件，工作可靠，且輸出可轉換成統(tǒng)一的電信號與微電子技術結合使用，可方便的實現(xiàn)液位的自動檢測和自動控制。被廣泛地應用于咖啡機、凈水器、面包機等。本文著重談及電容傳感器的水位檢測方式。

聲學式：它根據(jù)液位變化引起的聲阻抗和反射距離變化來測量液位。主要的方式為超聲波法，通過測量超聲波從發(fā)射到接受的時間差來測試液位的高度。優(yōu)點是非接觸式，適用于有毒、腐蝕性、高粘度等特殊液體的測量，缺點是結構復雜，價格昂貴，環(huán)境適應性弱，部分物質對超聲波有強烈的吸收作用。

3 基于賽元觸控芯片SC91F831水位檢測原理

3.1 觸控芯片SC91F831的基本性能

SC91F831是一顆內置電容型觸控按鍵功能的加強型超快速1T 8051工業(yè)級Flash微控制器，指令系統(tǒng)完全兼容傳統(tǒng)8051產(chǎn)品系列。SC91F831 內部集成有最多10路觸控按鍵電路，其它資源還包括：8KB Flash ROM(內部256Byte可作為EEPROM)、512B SRAM、最多17個 GP I/O(包含11個大電流驅動)、2個16位定時器、1路類IIC的串行通訊接口SIF、最多4路10位高精度ADC、最多4路外部中斷口(其中1路是雙沿中斷)、2路8位PWM、內部1%高精度16M Hz振蕩器、軟件UART等資源。為提高可靠性及簡化客戶電路，SC91F831內部也集成有4級可選電壓LVR、2.4V基準ADC參考電壓、WDT等高可靠電源電路。SC91F831具有非常優(yōu)異的抗干擾性能和抗EMI能力，非常適合應用于電磁爐、抽油煙機、消毒柜、電飯煲、電壓力鍋、面包機等各種小家電和衛(wèi)浴、燈具等工業(yè)控制和消費應用領域。

3.2 觸控芯片SC91F831的管腳資源

3.3 基于觸控芯片SC91F831的水位檢測原理

SC91F831是一款基于電容式傳感器的觸控芯片。利用其觸控通道將水位的變化轉換成電容的變化，而電容的變化又經(jīng)過專門的處理電路轉換成充放電的時間。MCU通過一系列的算法對采樣的數(shù)據(jù)進行處理，得到當前水位情況。

在電氣式水位檢測技術中，采集得到的電學量是孤立的數(shù)據(jù)，要檢測一個變化的過程以及程度需要引入基準。采樣數(shù)據(jù)與基準的差值才能反映當前的變化程度，從而判斷有無水以及水量的多少。電容式水位檢測原理類似于硬件電路中的比較器，采樣值與基準值的差值作為判斷依據(jù)，差值的大小決定了水量的多少。

3.4 觸控芯片SC91F831在應用上的其他優(yōu)勢

隨著電子技術的發(fā)展以及人類對電子產(chǎn)品需求的不斷提高，人們越來越多的談及和使用觸控按鍵，其較之機械按鍵具有堅固耐用、反應迅速、節(jié)省空間、易于操作等優(yōu)點，得到眾多電子設備廠商的青睞，廣泛地應用于消費類電子產(chǎn)品、小家電、手機等。觸控感應按鍵取代機械按鍵已經(jīng)成為一種時尚潮流，有助于提升整個產(chǎn)品的檔次和性能。

SC91F831 內部集成多達10路觸控按鍵電路，其它資源還包括：8KB Flash ROM(內部256Byte可作為EEPROM)、512B SRAM、17個 GP I/O(包含11個大電流驅動)、2個16位定時器、1路類IIC的串行通訊接口SIF、4路10位高精度ADC、4路外部中斷口(其中1路是雙沿中斷)、2路8位PWM、內部1%高精度16M Hz振蕩器、軟件UART等資源。滿足應用上除水位檢測以外的其他功能需求，可以作為整個產(chǎn)品的主控芯片，節(jié)省大量的軟硬件成本。

3.5 基于觸控芯片SC91F831實現(xiàn)水位檢測的原理圖

4 基于賽元觸控芯片SC91F831水位檢測軟件實現(xiàn)

賽元提供觸控按鍵的軟件庫，大大的節(jié)省了用戶開發(fā)自主產(chǎn)品的時間成本，用戶可以用最短的時間實現(xiàn)產(chǎn)品的評估和測試工作。由于水位檢測不同于普通的觸控按鍵過程，產(chǎn)品開機后水位的情況是不確定的，并且很可能長時間都處于有水狀態(tài)，等同于長按鍵，觸控庫考慮到觸控按鍵的實際應用需要，對長按鍵超過一定時間會進行基線更新，所以現(xiàn)有的軟件庫不能實現(xiàn)水位檢測的功能，需要單獨在庫之外進行處理。由于庫對采樣數(shù)據(jù)和基線數(shù)據(jù)的接口是開放的，這使得在庫以外處理水位檢測成為可能。

以下為水位檢測的算法流程：

主流程

水位檢測處理流程

5 結束語

本文就基于賽元觸控芯片SC91F831實現(xiàn)水位檢測的具體方式進行了論述，具有較高的設計參考價值。從目前水位檢測的發(fā)展來看，電容式的水位檢測方式憑借其電路簡單，安裝方便，可靠性高的優(yōu)點將得到廣泛地應用。